由于含氮鋼常常出現時效硬化,氮在鋼中容易出現偏析和氣孔,甚至造成鋼鑄件報廢,而且氮增加了鐵素體鋼的脆性,因此在過去很長一段時間,人們對氮的認識都是負面的。對氮在鋼中的有益影響的認識,開始于20世紀初。1912年Andrew首先發現了氮對力學性能的影響以及氮的奧氏體化能力。1926年Adcodk研究證明氮的加入能夠提高含鉻鋼的強度。之后,Uhlig首先提出氮除了提高強度以外還能提高鋼的耐腐蝕性能。第二次世界大戰期間由于鎳供應嚴重不足,德國人首先研制出以錳、氮代替部分鎳的不銹鋼。20世紀50年代,隨著對含氮合金潛在特性認識的深入和含氮鋼制備技術的發展,尤其氬氧脫碳法(argon-oxygen decarburization,AOD)的出現,含氮不銹鋼在美國變得很流行,開發了含氮的高錳系列奧氏體不銹鋼,即AISI 200系列不銹鋼,其典型成分為18Cr-5Ni-8Mn-0.15N,具有明顯優于304不(bu)銹(xiu)鋼的強度和耐腐蝕性能。同時,氮在不銹鋼中作用的研究也不斷深入。60年代之后,氮作為合金元素在AISI 300 系列奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼中得到廣泛應用,逐漸形成許多含氮的不銹鋼品種系列。


  然而,上述含氮不銹鋼均未達到“高氮鋼”的氮含量要求。高(gao)氮不銹鋼研究開始于20世紀60年代初期,研究人員在實驗室內采用加壓感應爐實驗了多種氮含量的高氮奧氏體鋼。基于加壓下氮在合金中的溶解行為研究,Bezobrazov等、Chipman和Corriganl14建立了氮在合金中的溶解度模型,有力推進了高氮不銹鋼的研發。到60年代后期,氮對力學性能和耐腐蝕性能的影響機理逐步得到了豐富和完善。在1976年美國腐蝕工程師協會(NationalAssociation of Corrosion Engineers,NACE)國際會議上,Osozawa和Okada提出了NH3/NH1形成理論。然而,受當時高氮鋼冶煉技術的限制,氮含量均低于0.6%,高氮鋼并沒有得到廣泛應用。


  從1988年(nian)召開(kai)第(di)一屆高(gao)氮(dan)(dan)鋼國際(ji)會(hui)(hui)議(yi)(yi)后,相繼(ji)在聯邦(bang)德國、日本、比利時和中(zhong)國等召開(kai)了12屆,各國的(de)科研(yan)人員(yuan)就高(gao)氮(dan)(dan)鋼的(de)研(yan)究與開(kai)發(fa)等議(yi)(yi)題進行了深入的(de)交流與探(tan)討。高(gao)氮(dan)(dan)鋼國際(ji)會(hui)(hui)議(yi)(yi)的(de)連(lian)續召開(kai)極大地推動了世界高(gao)氮(dan)(dan)鋼的(de)發(fa)展,也進一步加深了人們(men)對氮(dan)(dan)在鋼中(zhong)作用機理(li)的(de)認(ren)識。


  到20世(shi)紀80~90年代,高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)的制(zhi)備技術(shu),特別是加(jia)(jia)壓(ya)冶煉(lian)(lian)設備取得了(le)長足(zu)的發(fa)展,研發(fa)出(chu)加(jia)(jia)壓(ya)等(deng)離子電弧熔(rong)煉(lian)(lian)、加(jia)(jia)壓(ya)鋼(gang)包氮(dan)(dan)氣吹(chui)洗(xi)法、加(jia)(jia)壓(ya)感(gan)應熔(rong)煉(lian)(lian)等(deng)技術(shu)。1980年以(yi)來,德國Krupp和(he)(he)VSG(Vereinigte Schmiedewerke GmbH)公(gong)(gong)司(si)相繼建成了(le)用(yong)于工(gong)業(ye)化(hua)生產高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)的16t和(he)(he)20t 加(jia)(jia)壓(ya)電渣爐,其壓(ya)力(li)(li)可達(da)4.2MPa,主(zhu)要通過添加(jia)(jia)Si3N4等(deng)氮(dan)(dan)化(hua)合金(jin)來完成增氮(dan)(dan)任務(wu)。利用(yong)該技術(shu),德國VSG公(gong)(gong)司(si)分(fen)別于1975年、1981年和(he)(he)1996年成功(gong)研制(zhi)出(chu)大型火(huo)力(li)(li)發(fa)電機護(hu)環(huan)(huan)用(yong)鋼(gang)P900(18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和(he)(he)P2000(16Cr-14Mn-3Mo-0.9N)。目前護(hu)環(huan)(huan)用(yong)高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)已(yi)在發(fa)達(da)國家得到廣泛應用(yong)。南非 Columbus Joint Venture(CJV)公(gong)(gong)司(si)商(shang)業(ye)化(hua)生產了(le)19Cr-10Mn-1Ni-0.5N,此鋼(gang)種(zhong)在強度、韌(ren)性、延展性、加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)能力(li)(li)以(yi)及耐(nai)腐蝕性能方面(mian)表(biao)現優(you)(you)異(yi)。后來,瑞(rui)士的Nitrofer AG(NAG)公(gong)(gong)司(si)改進了(le)19Cr-10Mn-1Ni-0.5Mo-0.5N,研制(zhi)了(le)一(yi)種(zhong)加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)能力(li)(li)極高(gao),并具有較高(gao)的硬(ying)度、良好的韌(ren)性和(he)(he)優(you)(you)異(yi)耐(nai)腐蝕性能的高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)。


  隨(sui)著人(ren)們對氮(dan)在不(bu)(bu)銹鋼中作(zuo)用(yong)(yong)機(ji)(ji)(ji)制認(ren)識的(de)(de)(de)不(bu)(bu)斷深入,基于(yu)(yu)以氮(dan)代碳的(de)(de)(de)合金(jin)設(she)計理(li)念,開(kai)發(fa)出一系列性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)優異的(de)(de)(de)高氮(dan)不(bu)(bu)銹軸(zhou)承鋼及耐蝕塑(su)料模(mo)具(ju)(ju)鋼。德(de)國VSG 公司采用(yong)(yong)加(jia)(jia)壓電渣重熔(rong)和(he)精密鍛造(zao)技術開(kai)發(fa)出高氮(dan)不(bu)(bu)銹軸(zhou)承鋼 Cronidur 30(15Cr-1Mo-0.3C-0.4N),具(ju)(ju)備(bei)強度(du)和(he)硬度(du)高、韌性(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao)、耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)優異和(he)回(hui)火穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)強等特點(dian),其性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)明(ming)顯優于(yu)(yu)目前(qian)航空航天領域的(de)(de)(de)商用(yong)(yong)軸(zhou)承鋼(M50和(he)M50NiL等),已應用(yong)(yong)于(yu)(yu)航天飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)燃料泵軸(zhou)承、遙(yao)感衛星控(kong)制力矩陀(tuo)螺高速(su)轉子軸(zhou)承、飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)渦輪發(fa)動機(ji)(ji)(ji)主軸(zhou)承、起落(luo)架滾珠絲杠、直升機(ji)(ji)(ji)旋轉斜盤軸(zhou)承等部件(jian)。奧地利(li)B?hler公司利(li)用(yong)(yong)加(jia)(jia)壓電渣重熔(rong)工藝,開(kai)發(fa)了性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)優異的(de)(de)(de)含氮(dan)M303(0.1%N)、M333(0.1%N)和(he)M340(0.2%N)耐蝕塑(su)料模(mo)具(ju)(ju)鋼,其純凈度(du)更高,組(zu)織更均勻細小(xiao),同時具(ju)(ju)有極(ji)佳的(de)(de)(de)拋光和(he)耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)、良好(hao)的(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)(xing)、加(jia)(jia)工性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)以及尺(chi)寸穩定性(xing)(xing)(xing)(xing),滿足(zu)了高端(duan)耐蝕鏡面塑(su)料模(mo)具(ju)(ju)市場需求。


  日本(ben)國家(jia)材料研究(jiu)所于1997年開(kai)始(shi)進行日本(ben)超級鋼開(kai)發(fa)計劃(STX21)中的“耐海(hai)水腐蝕不銹鋼的開(kai)發(fa)”工(gong)作,利用復合電(dian)(dian)極的加壓(ya)電(dian)(dian)渣爐在(zai)4MPa下開(kai)發(fa)出(chu)節(jie)省資源型高(gao)性能耐海(hai)水腐蝕高(gao)氮不銹鋼 23Cr-4Ni-2Mo-1N。該鋼種具有(you)極其(qi)優異的耐蝕性,抗(kang)拉強度達到1200MPa以上(shang),延(yan)伸率與SUS 304不銹鋼相當,并且在(zai)-196~500℃范圍內具有(you)同(tong)樣的特性。




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